扫地机直流无刷电机设计方案

扫地机器人将激动机器人技术和吸尘器技术有机地融合起来，实现室内环境（地面）的半自动或者全自动清洁，替代传统繁重的共清洁工作，近年来已受到国内外的研究人员重视。作为智能移动机器人的一个特殊应用，从技术方面讲，智能化自王式吸尘器比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性。市场前景角度讲，自主吸尘器将大大降低劳动强度、提高劳动效率，适用于家庭和公共场馆的室内清洁。因此，开发自主智能吸尘器既有科研上的挑战性，有具有广阔的市场前景。融合现代传感器及机器人领域的关键技术。代替传统的家庭人工清扫方式，是家庭生活电器化、智能化、是科技更好的为人类服务。

怎样实现扫地机器人自动避障呢？关键在于传感器系统，扫地机传感器系统的性能越好，自动避障和路径规划方案就越容易实现，控制系统的程序就更加容易。扫地机的整体性能也就越好。

测速装置模块

测速信号通过在电机的转子上加装黑白条纹的圆盘，在利用光电开关得到电机每转一圈产生若干个脉冲信号，据此可以算出电机的实际转速。这种简易的光电开关测速发成本低，性能可靠，可以在电机转速不高，精度没有那么严格的要求的情况下使用，这种测试装置可以构成里程计。根据里程计的返回脉冲数可以计算出电机行走的距离，并简介得到行走速度。

碰撞测试

碰撞检测采用霍尔元件，芯片的供电电压范围为4.5~18V,敏感度高，阻抗低，工作的最大输出电流为15ma,当芯片的正上方有S极磁场时，霍尔元件输出高电平，当元件偏离磁场后，元件输出低电平。通过控制霍尔元件正上面的磁场极性，可以控制元件输出信号的变化趋势。当极性相反时，元件在偏离磁场时为高电平，正对磁场时为低电平。

驱动系统

驱动器就是驱动扫地机动力部件，最常用的就是电机。扫地机最主要的控制量为控制扫地机的移动，扫地机驱动器重的最根本的问题就是控制电机，控制电机转的圈数就可以控制扫地机移动的距离和方向，扫地机械的完全程度或者移动距离等。所以，第一要解决的问题就是如何让电机根据自己的意图转动。一般有赚的控制卡和控制芯片来警醒调控。有了这些控制卡和芯片，然后微控制器与其来凝结起来就可以用程序来控制电机。第二问题是控制电机的速度，在扫地机上的实际表现就是他的实际运动速度，扫地机走的快慢全靠电机的转速，这样要求控制卡对电机的速度控制。

机器人的工作电机分为行走、吸尘和毛刷电机。机械人行走结构中前面有一个从动转向轮，两侧各有一个驱动轮，有无刷直流电机进行控制。清扫结构主要使用真空吸尘器和有电机带动的旋转毛刷。

无刷直流电机具有效率高、功率大、体积小、控制精度高等明显特点在机械人的领域有着广泛应用。直流无刷电机具有良好的调速性能，由它采用电子换向，脉宽调制脉冲调速，在进一步提高直流电机的性能同时，有克服直流电机传统机械换向带来的一系列问题，从而大大延长了电机的使用寿命

直流无刷电机控制的电路主要有控制电路微处理器、数据信号处理器和专用集成电机等方式。使用单片机辅以外围处理电路的方法，其测频，换相、控制调节等均由软件实现。采用单片及软件编程的方法控制直流无刷电机。吸尘器内的风机和带动毛刷的电机都使用直流电机，由于不需要调速，换向。因此控制方法比较简单。

电机的运动系统结构决定机器人的运动空间，采用轮式结构，其中左右轮为主动轮，需要可调速的电机控制，前面的转向轮为从动轮，便于机器人的转向

直流电机具有良好的线性调速特性、简单的控制性能、较高的效率、良好的动态特性，所以一直占据着调速控制的传统地位。虽然近来不断受到其他电动机如交流变频电动机、步进电机的挑战，但直流电动机仍然许多调速控制电动机的最优选择，在生产，生活中仍有着广泛应用

直流无刷电机简称BLDC,学名为无换向电机或者无整流子电机，是一种新型的无极变速电机。它具有直流电机的良好调速特性，但由于没有换向器，因而可做成无接触式，具有结构简单，制造方便，不需经常维护等优点，是一种理想的变速电机。

如何选择一款直流无刷电机呢？看看以下的换算公式：

已知整个扫地机中零件的重量，我们取总重量为10kg，范围为50mm-200mm，动力轮转速为1-2r/min.即：

G＝mg＝10X10＝100N

V等于IIDn＝3.14X0.01X40＝1.75mm/s

具体的扫地机直流无刷电机设计计算如下：

N＝G*W/η＝0.18（KW）

G—扫地机直流无刷电机的负载

η—传动效率，取0.75

所以根据N＝0.10kw，n＝1500r/min，即可得出扫地机直流无刷电机的结构。

扫地机直流无刷齿轮的设计计算：

1,、初步计算

（1） 材料选择

因传动尺寸无严格限制，批量较小，故小齿轮用40CR（调质），硬度241HB-286HB，平均取为280HB，大齿轮用45钢（调质），硬度229B-286HB,平均取为240HB。选齿轮精度为7级。

（2） 节锥角的计算：

ι=cotδ1

δ1＝arccotι＝arccot1.66=22°22′06″

δ2=90°-22°22′06″=67°67′54″

扫地机器人直流无刷电机选择：

扫地机器人的移动结构使用差速转向式，为了实现差速运转就需要有调遣功能的扫地机直流无刷电机，知道扫地机直流无刷电机所需要的输出功率，可使用BLDC86+G扫地机直流无刷电机，得知扫地机运行需要电机的输出功率，而选用的这款电机输出功率大于我们所需的功率，满足需要，这款扫地机直流无刷电机的速度在每分钟3000~15000转之间可调，当我们调整扫地机直流无刷电机的转速为每分钟10000转时，扫地机直流无刷电机的转矩是6N.m。同样满足扫地机对转矩的要求，综上所述，选择BLDC86电机是合适的。

扫地机器人直流无刷电机转速控制：

扫地机器人直流无刷电机的转速通过PWM方式控制，脉冲宽度调制是把输出信号的基本周期固定，通过调整基本周期内工作周期的大小来控制输出功率，电机的旋转速度和加在电机两端的电压有一定的关系，施加在电机上的电压越大，那么电机的旋转速度也就越快。由于施加在电机的电压和占空比成正比，因此占空比的数值越大，施加在电机的两端电压也就越强，这样的话电机的旋转速度也就越快。

以上对于如何选择扫地机器人电机有一个初步概念，对于如何选择更适合的直流无刷电机，可以找拥有33年专业定制与生产电机的厂家--东莞东弘机电公司为您设计一款更加合适的电机。